基于环形非均匀热源的磨削温度场建模与实验研究

发布时间：2021-10-01 06:06

　　目的解决杯形砂轮平面磨削复合材料时的热损伤及温度实时监测困难等问题,对磨削温度场的动态变化规律进行相关研究。方法通过分析杯形砂轮平面磨削时材料的去除机理,在柱坐标系下提出周向和径向呈不同函数分布的非均匀热源模型,并基于该模型建立磨削温度场的数值模型用于预测磨削温度,最后提出杯形砂轮平面磨削时磨屑带走热量所引起温度预测误差的计算方法。开展人工热电偶测温验证实验,对比不同热源模型下的预测值和实验值,验证非均匀热源及其温度场数值模型的准确性。结果相较于均匀热源下的温度场,非均匀热源下的温度场与实际温度场具有更高的吻合度,将温度预测的误差从约23%降低到6.5%以下。结论磨削深度对磨削温度具有较大的影响,且在进行高效深磨的时,为保证温度预测的精度,需考虑磨屑带走热量所引起的误差。 

【文章来源】：表面技术. 2020,49(05)北大核心EICSCD

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

3 磨削实验

在磨削温度场的研究过程中发现，热源模型会影响到温度场的分布。例如针对平行砂轮平面磨削，1942年Jaeger[2]提出矩形带状热源模型，并且通过解析法获得了磨削温度场。在实际的磨削接触面上，热源会随着切屑厚度的改变呈非均匀分布，于是1964年贝季瑶[3]提出了三角形热源模型。Mao[4]对磨削温度场和热量的分配进行了深入的理论分析，根据砂轮-工件的实际接触状态以及未变形切屑形态，将砂轮-工件的几何接触圆弧面假定为工件产生热源的平面，建立了沿热源面呈抛物线分布的热源模型。王德祥[5]创新地利用温度匹配法进行反传热分析，提出了已加工表面热源分布形状的计算方法。平行砂轮平面磨削热源模型如图1所示。目前杯形砂轮平面磨削作为提高工件表面质量的有效途径之一，越来越受到人们的重视。杯形砂轮平面磨削时，工件与砂轮接触面大，散热效果差，热损伤更加明显，因此通过预测磨削温度，选择合理的磨削参数是非常重要的。目前针对杯形砂轮平面磨削所建立的温度场，都是基于均匀热源模型[6-8]。因此本文通过几何分析杯形砂轮平面磨削时砂轮和工件的接触形态，将热源形状和热流密度分布规律相结合，建立了适用于杯形砂轮平面磨削的非均匀热源模型，并基于该非均匀热源建立温度场数值模型。

式中：vs为砂轮转速，m/s;Qcutting和Qfriction分别是由切削力和摩擦力做功产生的瞬时热量，W。根据磨削条件的不同，试验表明，磨削热Qins中，进入工件的热量Qw约占60%～85%，进入砂轮的热量Qg约占10%～30%，磨屑带走的热量Qc约占0.5%～30%，另有少部分Qf以传导、对流和辐射形式散出[2,9]，如式(3)。

【参考文献】：
期刊论文
[1]已加工表面热源模型研究及磨削温度场数值模拟[J]. 王德祥,孙树峰,颜丙亮,刘新福,江京亮.  西安交通大学学报. 2018(04)
[2]碳纤维/环氧树脂复合材料钻削温度场建模与试验[J]. 鲍永杰,高航,梁延德,朱国平.  兵工学报. 2013(07)
[3]磨削溫度的分析与研究[J]. 贝季瑶.  上海交通大学学报. 1964(03)

博士论文
[1]平面磨削温度场及热损伤的研究[D]. 毛聪.湖南大学 2008



本文编号：3417293